冷冻技术基础

冷冻技术基础

第一节制品的速冻

速冻能最大限度地保持食品原有的色泽、风味和营养成分、减缓微生物的繁殖以及酶的活

性和氧化反应，是食品长期贮藏最重要的方法，被国际上公认为最佳的食品贮藏保皖技术。速

冻是将食品中细胞间隙的游离水和细胞内的结合水、游离水同时冻结成无数的冰品，解冻时冰

品融化成水分，被细胞迅速吸收，尽UJ能地维持食品原有的新鲜程度和营养。但若速冻环节把

控不好，常出现冻结不均匀、食品解冻后色泽口味变差、营养成分流失等问题，这和冻结过程

中水形成的冰品有关。

一、纯水的冻结特性

1.水和冰的相图

纯水是单组分体系，其相图如图2-1所示，相图上有三个区域，即水、水蒸气和冰。线OC

是水蒸气和水的平面线，即水在不同温度下的蒸汽压曲线；0B是冰和水的平衡线，0A是冰和

水蒸气的平衡线，就是冰的升华曲线。。点是水的三相点，OD是CO的延长线，是水和水蒸气

的介稳平衡线，代表过冷水的蒸气压和温度的关系。由图可见，在同一温度下的过冷水的蒸汽

压要比稳态冰的蒸汽压大，因此过冷水处于不稳定的状态。

2.纯水的降温曲线

如果将一个内盛纯水的容器置于降温槽内，当槽内温度从点A开始等速下降时，水温的变

化情况如图2-2所示，图中的建线表示槽温：实线表示水温。一般情况下，纯水只有被冷却到

低于某一温度（点C）时才开始冻结，这种现象称为过冷，开始出现冰品的温度与相平衡冻结温

度之差，称为过冷度。在过程ABC中，水以释放显热的方式降温；当过冷到点C时，由于冰

晶开始形成，释放的相变潜热使样品的温度迅速回升到273.16K,即过程CD;在过程DE中，水

在平衡的条件下，继续析出冰品，不断释放大量固化潜热，在此阶段中，样品温度保持在恒定

的平衡冻结温度273.16K:当全部水被冻结后，固化的样品以较快速率降温。

二、稀溶液的冻结特性

以NaCI稀溶液为例，说明冻结过程中溶液的温度和浓度变化关系。图2-3为NaCI稀溶液

的冻结曲线（即NaCl+H20溶液相图的低浓度部分）八点代表在标准大气压下纯水的冰点，即

273.16K;E是低共熔点，是液相和两种固相的三相共存点。曲线AE反映了溶液冰点降低的性

质，现在来看溶液的冻结曲线。设溶液的冷冻烘赔技术与应用初始浓度为wl.由室温Tm开始

被冷却。在液相区，其温度降低，但浓度不变，即沿垂直线A1B1下行：当温度降到TB,时

（TB,<TA,其差值决定于溶液的初始浓度），溶液中开始析出固相的冰，从此体系的物系点就进

人ABE的固液两相共存区。固相冰的状态用AB线（浓度为O）上的点来表示，如B1点的冰点

温度就是TB:液相的状态用AE线上的点表示。对两相共存的体系进行降温，由于固相冰的不

断析出，使剩余液相溶液的浓度不断提高，冰点不断降低，直至低共熔点E后，剩余液相全部

成固态，成为共熔体。

若在室温Tm下，溶液的初始浓度由w:提高到w2,则溶液中液相部分的状态变化就沿着

A2B2E的曲线进行。这里也说明了随着浓度的增加，水溶液冰点降低的性质。除此之外，也会

产生蒸气压降低、沸点升高和渗透压增加的现象。

三、食品材料的冻结特性

食品是由多元组分组成的，以面包为例，面包主要成分是面粉和水，并含有少量的空气、

食盐、糖、酵母、油脂等。面粉的主要成分是淀粉、蛋白质、脂肪和多糖等，因此，食品的冻

结过程与纯水及稀溶液不同。对于食品材料的冻结特性研究，主要关心三个问题，一是初始冻

结温度，二是冻结到某•温度时，食品的结冰率（未冻结水的质量分数），三是冻结速率。

1.初始冻结温度

食品内的水分不是纯水而是含有有机物及无机物的溶液。这些物质包括盐类、糖类、酸类

以及更复杂的有机分子如蛋白质，还有微量气体。冰品开始出现的温度即初始冻结温度。食品

初始冻结点与其中所含溶液的冰点有关，而液体的冰点是液相与固相平衡的温度。溶液的蒸气

压较纯溶剂（水）低，因此，溶液的冰点比纯溶剂的冰点低，食品的冰点也比纯水的冰点低。

各种食品的成分各有差异。

因此各自的冻结点也不一样，一般食品的初始冻结点为-3-0.6C。含水量越高，初始冻结

温度越接近纯水冻结温度。表2-1列出了一些食品的初始冻结温度。

表2-1一些食品的初始冻结温度

食品材料含水量/%初始冻结温度/℃

苹果汁87.2-1.44

浓缩苹果汁49.8-11.33

胡萝卜87.5-1.11

橘汁89.0-1.17

菠菜90.2-0.56

草莓89.3-0.89

草莓汁91.7-0.89

甜樱桃77-2.61

苹果酱92.9-0.72

食品温度降到冻结点即出现冰晶，随着温度继续降低，水分的冻结量逐渐增多，但是要使

食品内水分全部冻结，温度要降到-60C。这样低的温度工艺上一般不用，只要绝大部分水冻结

就能达到冷冻贮藏的要求。一般是-30~-18℃之间，-18C时94%的水分已冻结，-30℃时97%的

水分已冻结。

2.食品的结冰率

一般冷冻库的贮藏温度为-25—18℃,食品的冻结温度亦大体降到此范围。食品在冻结过程

中会发生各种变化，如物理变化（体积、导热性、比热容、干耗变化等）、化学变化（如蛋白

质变化、变色等）、细胞组织变化。在冻结过程中，当温度低于食品的冻结点时，食品开始结

冰，随着热量的传递，首先是食品的表层结冰，温度继续下降，食品内部开始结冰。食品最终

冻结程度可用结冰率表示，食品结冰率可由式（2-1）近似计算。

可以看出、食品的结冰率与冻结终止温度有关，与冻结速度无关。但是食品的冻结质量与

冻结速率紧密相关。

食品如果长期贮藏，-18C的温度已能满足，但目前冻结品贮藏温度还在降低，有时降到-

30C甚至-50--40℃。这主要是为了保持冻结品的色泽。

冻结温度应与贮藏温度相对应。若冻结温度低，贮藏温度高，则冻结中形成的小冰晶会在

贮藏中逐渐增大，失去冻结速度快的优点，最后结果与缓慢冻结相同。

大部分食品，在-5-1℃温度范围内几乎80%水分结成冰，此温度范围称为最大水晶生成

区，对保证冻品的品质来说是最重要的温度区间。

3.冻结速率

冻结速率通常以降温时间和距离两种标准来划分。

(1)按降温时间来划分。在冷冻过程中，食品各部位的温度是不同的，一般以食品中心温度

达到冻结点来计算。由于80%以上的水分在最大冰晶生成带冻结，所以，食品中心温度从-1C

降到-5C所需的时间，少于30min的称为快速冻结，多于30min的则称为慢速冻结。由于食品

的种类、几何尺寸、冻结点、前处理等条件不尽相同，用这种方法区别快速冻结和缓慢冻结，

存在一定局限性，不能充分保证食品的质量。

(2)按距离来划分。德国学者普朗克以一5c作为结冰锋面，测量冰锋从食品表面向内部移

动的速率，并据此把食品的冻结速率分成三类：快速冻结，v=5~20cm/h;中速冻结，v=l-5cm/h;

慢速冻结，v=o.l-lcm/ho比如，对厚度或直径为10cm的食品，中心温度只有在lh内降到-5C

才属快速冻结。

20世纪70年代国际制冷学会提出，食品的冻结速率是食品表面和中心温度点间的最短距

离与食品表面达到。℃后食品中心温度降到比食品冻结点(开始冻结温度)低10C所需时间之

比，单位为cm/h。所以，如果食品中心与表面的最短距离为10cm.食品冻结点为-2C中心降到

比冻结点低10C即-12℃时所需时间为15h,其冻结速率v=10cm/15h=o.67cm/h,此为慢速冻结。

四、结晶理论

结晶由两个过程组成，一是晶核形成过程，主要由热力学条件决定：二是品体生长过程，

主要由动力学条件决定。这两个过程均是被吉布斯自由能驱动，与过冷度有密切关系。

1.过冷现象

速冻或冻结过程既有热力学过程，也有动力学过程。热力学决定了温度可达到的平衡点，

而动力学决定了达到平衡点的速率（冷冻速率）。过冷现象是食品中冰结晶生成的初始条件，

指将食品降温至冻结点以下温度，但并未发生冻结的现象。食品成分复杂，其水分的冻结点一

般在-5〜-1C范围内。一般情况下，在初期降温会下降得比较快，当达到水的冻结点，由于过冷

度的存在需要继续降温至晶核形成，水分子位移并有秩序地结合到晶核上，变大后形成冰晶，

之后发生相变，固体中的自由水开始冻结，释放潜热，其温度可能跃升回接近冻结点温度（表

面）或维持基本稳定（中心）.这一过程称为冷冻稳定期，稳定期结束之后，温度会继续下降直

至达到与介质温度平衡。

图2-4是牛肉薄切片冻结时的过冷现象，随着冻结进行，出现液体过冷，曲线往下，待产

生结晶时放出相变热，温度略有回升，曲线往上，之后逐渐降低。曲线的凹处为过冷温度，往

上升的高处为冰点。

食品冻结中一般不会有稳定的过冷现象产生，因为冻结时食品表面层温度很快降低，破坏

了表面层的过冷状态，如图2-5.如果遇到不透结晶的壁来阻碍冰品的扩展，则随着热量从食品

内部导出在其内部亦产生冰晶。但在奶油中可以有很显著的过冷，因为物料中水分分布得极细

时易呈现出时间长而稳定的过冷现象。但对一般食品很难保持过冷状态。

2.成核理论

产生稳定的固态核的过程称为成核过程。在液相中形成冰晶，首先需要形成晶核。晶核是

指从过饱和溶液中最初析出并达到某个临界大小，从而得以继续成长的结晶相微粒。当水处于

过冷态（亚稳态）时，可能形成晶核。根据形成晶核因素的不同，分为均相成核作用和非均相

成核作用。如果晶核是在已达到过饱和或过冷的液相中自发地产生的，这一过程称为均相成核

作用。均相成核在均匀的介质中进行，在一个体系内各处的成核概率均相等；由于热起伏（或

热涨落）可能使原子或分子一时聚集成为新相的胚芽（乂称为新相的集团），若胚芽大于临界尺

寸时就成为晶核。对于均相成核，要求有较大的过冷度。如果晶核是借助于非结晶相外来杂质

的诱导而产生的，则称为非均相成核作用，乂称异相成核。非均相成核时.，水在尘埃、异相杂

质、容器表面及其它异相表面等处形成晶核，其所要求的过冷度比均相成核要小得多。此外，

品体还可以由体系中己经存在或外加的晶体诱导而产生，这种成核作用称为二次成核作用。在

成核的过程中，液相分子有序重排，液相转变成固相，伴随着潜热释放。成核取决于成核促进

剂和抑制剂的种类、浓度，也取决于传热、传质速率。

3.冰晶生长

晶体（冰晶）生长就是旧相（亚稳态）不断转变成新相（稳定态）的动力学过程，或者说

就是晶核不断形成、形成的晶核不断长大的过程。伴随这一过程而发生的则是系统的古布斯自

由能降低。在晶体生长过程中，一些分子或离子等可结合到品体表面，也可从晶体表面脱离，

这两个过程的综合结果决定了晶体的生长速率。品体生长速率差别很大，品体的形状取决于不

同品面的相对生长速率。

一般说来，如降温速率很快，成核率很大，而生长率很低，则形成数量多的细小冰晶：如

降温速率很慢，成核率很小，生长率高，则形成数量少的粗大冰晶。

在冻结过程中，食品组织材料微观结构将发生重大变化，这一变化的程度主要取决于冰晶

生长的位置，而位置又主要取决于冻结速率和食品组织的水渗透率。

一方面，在过冷度较小的慢速冻结下，冰品在细胞外形成，即细胞处于富含冰的基质中，

由于细胞外冰晶增多，胞外溶液的浓度升高，细胞内外的渗透压差增大，细胞内的水分不断穿

过细胞膜向外渗透，以至细胞收缩，过分脱水。如果水的渗透率很高，细胞壁可能被撕裂和折

损，在解冻过程又会发生滴漏。另一方面，在快速冻结、过冷度较大的情况下，热量传递过程

比水分渗透过程快，细胞内的水耒不及渗透出来而被过冷形成胞内冰品。这样，细胞内外均形

成数量多而体积小的冰晶。细胞内冰品的形成以及在融化过程中冰品的再结晶也是造成细胞破

裂、食品品质下降的原因。

4.冰品生长影响因素

（1）冻结速率，冻结速率影响着冷冻烘焙产品的品质。食品在冻结过程中，会经过一个最大

冰晶生成带，一般在一5℃至一之间，约80%的水会变成冰，通过这个冰晶生成带的时间

决定着食品中冰晶的大小，时间越短，晶核的生长时间越短，形成的冰晶也较小，不会对细胞

造成损害。在不同冻结速率的条件下，冻结点温度和最大冰晶生成带范围也会有差异，这是由

于大量的溶液被快速冻结。剩余溶液浓度增加导致其溶液的冻结点下降，进而又对生成带产生

影响。

(2)冻结温度。随着冻结温度降低会加快冻结速率，缩短通过最大冰晶生成带的时间，减小

大尺寸冰品形成数量。

(3)温度波动。在冻结或冻藏过程中，由于食品的转运、设备的制冷能力差异、箱体的传热

等方面的影响，冻结温度会出现波动现象，部分冰品会融化后重结品，食品内部的冰品会变

多，对细胞造成应力损伤，从而导致大量汁液流失、外观变差和口感欠佳。

五、速冻理论

冻结速度决定所形成的冰品的大小和数量。根据快速结品理论，冰晶的成核

L速冻原理

速度和生长速度与过冷状态有关。食品的冰点通常在当温度下降到冰点以下时，

晶体生长速度增加，但成核并不显著，这时生成的冰品粗大而少，在这个温度范围冻结食品的

品质很差。在温度继续下降一范围内，晶核形成速率和晶体生长速率都最大：当温度继续下降

超过上阶段范围时，晶核形成速率仍然很大，但是晶体生长速率下降了，这时形成的冰品体细

小而多，冻结食品的品质好。在食品冰点至冰点以下5c范围，是最大冰晶生长区，这时冷冻

曲线最平坦，因为在结冰过程中，放出大量潜热，必须提供足够的冷量，才能使冻结食品的品

温快速通过最大冰晶生长区，这时冰晶的成核作用大于晶体生长作用，形成的冰品数量多、体

积小，这样冻结食品的品质就好。这就是食品速冻的原理。

当食品温度降低时，冰结晶首先在细胞间隙中产生。如果快速冻结，细胞内外几乎同时达

到形成冰晶的温度条件，组织内冰层推进的速度也大于水分移动的速度。食品中冰晶的分布接

近冷冻前食品中液态水分布的状态，冰晶呈针状结晶体，数量多，分布均匀。如果缓慢冻结，

冰晶首先在细胞外的间隙中产生，而此时细胞内的水分仍以液相形式存在，由于在相同温度下

水的蒸气压要大于冰的蒸气压，因此在蒸气压差的作用下，细胞内的水分透过细胞膜向细胞外

的冰结晶移动，使大部分水冻结于细胞间隙内，形成大冰晶，并且数量少，分布不均匀。冻结

速度与冰晶形状的关系参见表2-2o

表2-2冻结速度与冰品形状的关系

冰层推进速度（I）与

冻结通过-5~冰结晶大小

位置形状数量水分移动速度（W）关

0C的时间（直径X长度）

系

数秒细胞内针状(P5)umX(5~10)um无数I>W

(0~20)umX(20~50)

1.5min细胞内杆状多数I>W

口m

(50~100)umXlOO以

40min细胞内柱状少数M>T

±um

(50~200)umX200以

90min细胞外块状少数KW

上um

食品冻结过程中因细胞汁液浓缩，引起蛋白质冻结变性保水能力降低，使细胞膜的透水性

增加。缓慢冻结过程中，因晶核形成数量少，冰晶生长速度快，所以生成大冰晶。水变成冰体

积要增大9%左右，大冰晶对细胞膜产生的胀力更大，使细胞破裂，组织结构受到损伤，解冻

时大量汁液流出，致使食品品质明显下降。

快速冻结时，细胞内外同时产生冰晶，晶核形成数量多，冰晶细小且分布均匀，组织结构

无明显损伤，解冻时汁液流失少，解冻时的复原性好，所以快速冻结的食品比缓慢冻结的食品

质量好。

实际上被冻物总有一定体积，冻结速度从表面到中心明显变慢。要保持统冻速是困难的，

而这种由于冻速差别引起的质量变化如在允许限度之内，则冻速稍慢些亦可以。冻结不仅仅单

纯把食品冻起来这一工序，还有贮藏流通环节。流通中温度波动就产生重结晶从而使冰晶增

大，这样看来似乎快速冻结没有多大益义。但从提高食品质量这一角度看，只有迅速把食品温

度降低到-18℃才能抑制微生物活动、延缓生化反应，从而得到较高质量的食品。所以，冻结速

度不能太慢。

2.食品的冻结曲线和最大冰晶生成带

食品冻结时，随着时间的推移表示其温度变化过程的曲线称为食品冻结曲线。图2-6显示

冻结期间食品温度与时间的关系。不论何种食品其温度曲线在性质上都是相似的。图中多条曲

线表明冻结过程中的同一时刻，食品的温度始终以表面为最低，越接近中心部位温度越高，不

同深度温度下降的速度是不同的。另外，冻结曲线平坦段的长短与冷却介质导热的快慢关系很

大，冷却介质导热快，则曲线平坦段短。

0102030405060

冻结时间/min

■

图2-6食品冻结曲线

食品的冻结曲线表示食品冻结过程大致可分为三个阶段。第一阶段是食品从初温降至冻结

点，放出的是显热；此热量与全部放出的热量相比较小，故降温快，曲线较陡。第二阶段是食

品温度达到冻结点后，食品中大部分水已冻结成冰，水转变成冰过程中放出的相变潜热通常是

显热的50~60倍，食品冻结过程中绝大部分的热量是在第二阶段放出的，故温度降不下来，曲

线出现平坦段。对于新鲜食品来说，一般温度降至-5C时，已有80%的水分生成冰结晶。通常

把食品冻结点至-5c的温度区间称为最大冰晶生成带，即食品冻结时生成冰结晶体最多的温度

区间。由于食品在最大冰晶生成带放出大量热量，但食品温度降不下来，组织易受到机械损

伤，食品构成成分的胶体性质也会受到破坏，因此，最大冰晶生成带也是冻结过程中对食品品

质带来损害最大的温度区间。第三阶段是残留的水分继续结冰，已成冰的部分进一步降温至冻

结终温。水变成冰后其比热容下降，冰进一步降温的显热减小，但因还有残留水分结冰放出冻

结潜热，所以降温没有第一阶段快，曲线也不及第一阶段那样陡。

根据冻结过程二个阶段的特点，生产上应注意：第一阶段，此温度范围内微生物和酶的作

用不能抑制，必须迅速通过；第二阶段，80%以上的水分在该阶段冻结，要快速通过以形成细

小、分布均匀的冰晶；第三阶段，微生物和酶要到-15C以下才能得到较完全抑制，故也必须加

速通过此阶段。

3.冻结时所放出的热量

一定重量的食品，在冻结过程中所放出的热量由三部分组成：①冷却时放出的热量，食品

由初温降至结冰温度时所放出的热量；②形成冰时的热量，相变热；③自冰点至冻结终温时放

出的热量。结合图2-6中的冻结曲线可以看出，冻结时三部分热量是不相等的，以水变为冰时

放出的热量为最大。全部冻结所放出的总热量为三部分热量之和。

冻结过程中总热量的大小与食品含水量密切相关，含水量大的食品其总热量亦大。总热量

计算可用式（2-2）熔差法来表示：

4.速冻过程中冰晶形成对食品品质的影响

在通常的食品冷冻加工过程中，冻结首先发生在食品表面。由于水的相变潜热很大，因此

食品温度下降较为缓慢，这就导致冰晶成核数目较少，而细小的晶核又有时间得以长大成粗大

的冰晶，并向食品中央缓慢推进。这种冰晶首先在细胞间隙产生，而细胞内的过冷水在达0C

时将呈过冷状态而不结冰。过冷状态甚至在温度低至-5C时仍能维持。此过冷水的蒸气压比细

胞间隙中生成的冰晶的蒸气压要高，因此细胞内的水分将经细胞壁向外渗透，这导致在细胞间

隙中形成更大的冰晶，其体积甚至要比细胞体积大几倍，从而引起细胞脱水，冰晶体积增产生

的局部机械应力使细胞分离，直至细胞壁破裂。当细胞内也形成冰晶时则会引起细胞结构发生

变位以致破坏，食品组织结构严重破坏，品质劣化。食品冻结引起的上述变化，包括结构的破

坏、功能的损伤，一般都是不可逆的。冻结速率是产品内某点温度下降的速率或产品内冰峰前

进的速率。固体含量低的食品如植物性食品，通常比大多数动物性食品受冻结速率的影响大。

这类食品尤其是果蔬等植物性食品的细胞被破坏后，在解冻时将造成汁液流失，使食品无法保

持其原有的色香味和营养价值，产品品质下降。随冻结速率的增加以及温度的下降，冷冻烘焙

技术与应用所生或冰品将变小，细胞成分的迁移范围也将变小，它造成的上述危害也就越小。

采用食品速冻加工技术，生成的冰晶细小而数量多，分布也均匀，在速冻过型中细胞内外

不会发生水分的渗透和迁移，对食品组织结构的损伤最小，速冻食品在解冻后，食品组织中的

水分大部分停留在速冻前食品中的原有位置，故能被食品细胞迅速吸收而不致流失，冷冻前后

食品中水分的分布与结合基本没有发生变动，从而最大限度地保持了原有天然食品的风味与品

质，

第二节产品的冻藏

一、冻藏过程中的物理变化

产品冻藏过程中主要的物理变化是水分迁移和重结品。这两种现象都与产品内部和表面冻

结水的稳定性有关。

L水分迁移

冻藏期间，由于产品内部存在温度梯度，会使产品内部蒸气压分布不均匀，从而导致水分

迁移和再分布，水分迁移的总趋势是移动到食品周围的空间，并在产品表面和内包装表面积

聚。包装冷冻食品中的水分迁移会导致包装内部形成冰品体，温度波动造成水分从内部向食品

表面或包装袋发生净转移，包装材料温度随着储藏室温度而变化，但变化的速率要比食品本身

快，由于环境温度下降，空气内的水分会升华并扩散到包装薄膜上，环境温度上升时，包装袋

上的冰就会扩放到食品表面；但是，水分不可能在原来位置发生重吸收，因此，这个过程可视

为不可逆的，随着冻藏时间的延长，因水分迁移带来的失水率有明显升高的趋势。维持产品和

包装体内部小的温度波动和温度梯度，并在产品和包装体内设置内部阻隔物，使水分迁移最小

化。

2.重结晶

前面提过，烘焰产品经过速冻会形成大量体积小的冰晶体。然而，冻藏过程中的冰品体会

发生形态变化，重结晶降低了速冻优点。重结品包括冰晶数量、大小，形状，定位以及晶体完

整性方面发生的任何变化，冻结态水溶液中的重结品过程是冰晶平均尺寸随时间增加的过程，

小冰晶体是热力学不稳定的体系，有较高的比表面积，因此有大量过剩的表面自由能，自由能

最小化的净结果是在冰相容积不变的情况下冰晶数目减少，但其平均冰品粒径增加。因为小冰

晶体赋予食品较好的品质，而大冰晶体常常会在冷冻过程中对食品造成伤害。在温度波动下，

当温度上升，小冰品融化，而在温度下降时，未冻结相不会再形成冰晶，而是附着在大的冰晶

表面冻结。因此，通过采用速冻让90%的水分在冻结过程中来不及移动，就在原位置变成极微

细的冰晶，并且冻藏温度要尽量低，稳定在-18C以下，是有效防止冻藏过程中冰晶长大和重结

晶的办法。

二、冻藏过程中的化学变化

速冻导致非冻结区溶液浓度升高，引起离子强度上升，从而会影响生物高分子结构。水的

结构和水-溶质相互作用可能会改变，并且如蛋白质一类高分子物质间的相互作用可能增加。冰

晶体形成可促使食品组织内容物释放，一些通常不在完整细胞内发生的反应有可能因冻结而发

生,酶类与不同底物接触的可能性增加，使得食品品质在冻藏期间劣化。许多酶经过冻结和解

冻后依然表现出较高活性，并且，许多酶在部分冻结体系中表现出相当明显的活性。冻结通常

会引起化学变化，温度和非冻结区内反应物浓度是影响冷冻食品化学反应速率的主要因素，低

温会使反应速率下降，而未冻结区溶质浓度增加却会使反应速率上升。冻藏期间发生的主要化

学变化有：酶促反应、蛋白质变性、氧化反应等。

1.酶促反应

低温贮藏可以降低酶的活性，但不能使之失活，脂肪酶、磷脂酶和蛋白酶之类的氧化酶，

在冻藏期间仍可保留活力。脂肪酶可水解甘油三酯，油脂水解会引起不良风味和质构变化。用

于冷冻面团的小麦粉为提升面粉品质（漂白）会加入脂肪酶，但用量都是非常慎重的，包括在

面团配方用的改良剂里也一般选择不含有脂肪酶。

2.蛋白质变性

冷冻引起蛋白质损伤的主要原因包括冰晶的形成和重结晶、脱水、盐浓度、氧化作用、油

脂成分的变化和某些细胞代谢物的释放。

冻结会使蛋白质暴露在盐浓度不断卜.升的非冻结相，高离子强度会与原有静电键发生与蛋

白质结合的竞争，从而使天然蛋白质结构改变：冻结还会使蛋白质溶解性降低，水与蛋白质之

间的结合受到蛋白质之间结合作用或其它交互作用的取代，蛋白质因脱水而失去蛋白质-溶剂间

的相互作用，弱极性介质中的蛋白质分子的流水链会有较大暴露，使蛋白质构象发生改变，为

续待最小的自由能，蛋白质之间会产生疏水性和离子性的相互作用，导致蛋白质变性和聚集。

3,氧化反应

消促和非酶促途径都能引起油脂氧化，油脂氧化是自由基反应的复杂过程。在初始阶段，

脂肪酸失去一个氢原子，产生一个脂肪酸烷基自由基，其在有氧情况下又转化成脂肪酸过氧化

自i1基，下一步，该过氧化自由基取代相邻胎防酸的氢原子，形成一个过氧化氢分子和一个新

的脂肪酸烧基自由基，过氧化复的分解导致自由基反应进一步进行。脂肪酸过氧化氧分解形成

醒和酮是产生特征性风味和气味物质（酸败）的主要原因。

三、冻藏过程中的机械损伤

冻藏过程中，微细的冰结品会逐渐减少，消失，而大的冰晶逐渐生长变大。一段时间后，

食品中冰晶的尺寸、形状和位置均发生了变化，特别是在温度发生波动时，细胞间隙的冰结品

长大就更为明显、冰结晶长大不仅会给食品带来粗糙的口感，也会对面筋组织产生很大的伤

害。

四、冻藏过程中的微生物学

速冻及随后的冻藏作为冷冻烘焙产品保藏手段的主要目的是通过延缓或抑制微生物生长来

延长产品贮藏期、但冻藏不能看成一种降低微生物污染的方法，只要温度回升，微生物就很快

繁殖起来，所以加工以前的卫生清洁条件很重要。低于-io℃的贮藏温度可抑制细菌生长，而醉

母和霉菌分别要到-12C和-18C才能停止繁殖。

五、冻藏原理

经过以上分析，引起产品品质下降甚至变质的主要原因是微生物作用、在酶催化下的生物

化学反应以及水分迁移带来的水分散失、重结晶对细胞结构的破坏，比如冷冻面团，水分在冻

藏过程中从面团中散失，硬度提高，面筋网络连接性变差，并且受到冰品形成对其物理破坏，

由冷冻面团制作的现烤面包，其弹性，内聚性、咀嚼性都随时间延长而降低，而这些作用的强

弱与冻藏的温度和水分活度有关。一般来讲，保持低温，减缓冷冻烘络产品内部微生物的活

动、生物化学反应等，外要避免湿度变化太过刻烈，防止其内部发生冻融，才能避免内部结构

发生破坏，从而保持良好的产品品质，这就是食品冻藏基本原理。

六、冻藏温度

对于冷冻烘炸产品来说，温度相对越低，品质保持越好，贮藏期越长，但是考虑到包装、

制冷设备的投资费用及电耗等日常运转费用，就存在一个经济性的问题，即冻结食品冻至什么

终温度最经济，冻结食品在什么温度下贮藏最经济。时间证明，-18C是最经济的冻藏温度，在

此温度下，微生物的发育几乎完全停止，食品内部的生化反应大大受到抑制，食品表面冰品的

升华量较小，食品的耐藏性和营养价值得到良好的保持，总而言之，在此温度下可贮藏相对长

的时间且所花费的成本也比较低。冻藏温度的变动也会给冻品质量带来很大影响，从某种意义

上来说，冻藏温度与冻结速度对冻品品质的影响是同等的，甚至更大，我们要十分重视冻藏温

度，严格加以控制，使它稳定、少变动，才能使冻结食品的优良品质得到保持。

以冻结状态流通的食品，它的品质主要取决于四个因素：原料固有的品质，冻结前后的处

理及包装，冻结方式，产品在流通过程中所经历的温度和时间。现在的冻结食品，般都是使

用品质好的原料，如能正确地进行冻结前后的处理，采用快速深温冻结，生产出来的冻结食品

就有高品质，称为初期品质优秀。但是对于商品来说，更重要的是使用时的品质，也就是冻结

食品从生产出来，经过冻藏、运输、销售等流通环节，最后到消费者手上时能否保持品质优

秀，概括地说，冻结食品的最终品质，受流通环节品温的影响是很大的，品温高低变动，就会

逐渐失去它的优秀品质，甚至变质不能食用。

第三节制冷的基本方法

一、制冷的方法

我们可以将制冷的机制分解为两个过程，一是使制冷剂“降温”的过程，二是使制冷剂在

低温下“吸热”的过程。

(1)使制冷剂“降温”。主要为绝热节流和绝热膨胀做功两种方法：①绝热节流、让高压流

体地热地流经节流装置以降低压力，从热力学角度来说，它是个等这些过程：对于处于汽液网

相区的流体，绝热节流一定能达到降温的效果，因为在两部区内，泡和温度是压力的单词函

数，目前最常用的蒸汽压缩式制冷，都是列用地药节流来降温的，②绝热蜜压做功，主要用于

气体：当气体通过膨胀机绝热原张鼓功时，总能达到降温的效果。

(2)使制冷剂在低温下“吸热”，对于常用的制冷系统，制冷剂是以“潜热”或“足药”的

方式吸热的。

二、冷冻的方法

按冷冻所用的制冷介质有如下分类。

L空气鼓风冷冻

此法所用的介质是低温空气。常见的是速冻隧道、速冻柜、速冻塔，主要有下列两种形

式，

①被冷冻的食品装在小车上推进隧道或速冻柜，在隧道中被鼓进的低温空气冷却、冻结后

再推出随道。主要用于产量小于200kg/h的场合。日前所用的低温气流，流速为2~3rn/s;温度为

-40-35℃,其相应制冷系统蒸发器温度为-52--42C,食品在隧道中停留的时间为40min~4h。

②被冷冻的食品也可以用传送带输人隧道或螺旋塔，食品在传送带上连续进出，食品可以

是包装好的，也可以是散装的。其设计可根据产量和场地进行设置。

目前所用的低温气流，流速为4〜5m/s,温度为一40〜-35C,其相应制冷系统蒸发器温度为-

52〜-42℃,食品在隧道中停留的时间为20min~1h。

2.直接接触冷却食品

此法采用低温金属板（冷板）为蒸发器，内部是制冷剂直接蒸发，也可以是载冷别，如盐

水等，食品与冷板直接接触进行冻结。对于-35C的冷板，一般食品的冻结速度约为25mm/h。

3.利用低温介质CO2和液象对食品喷淋冷冻

此法又称为深冷冻结，主要特点是，将液态氮或液态C02直接喷淋在食品表面进行急速冻

结,用液氨或液态CO2冻结食品时，其冻结速率很快，冻品质量也高，但要注意防止食品冻

裂，此法的传热效率很高，初期投资很低，但运行费用较高。

4.冷冻平燥

食品先被冰结，再在真空下升华脱水，就可密封在常温下保藏。

第四节冻结装置

食品冷冻作为一个保存食品和延长食品货架期的方法已经被广泛使用。冷冻主要包括两个

过程；第一，温度降低；第二，液体向固体转变，当前，有很多类型的冷冻设备，但是不同的

产品适用于不同的冷冻设备，对于大多数产品而言，适用的冷冻设备不止一种。选择何种冷冻

技术以及冷冻速率大多取决于产品需求和成本，在决定选用何种冷冻设备的时候，投资回报分

析是必要的。然而，即使成本分析涵盖了冷冻设备整个使用寿命下的所有成本，也还是很难确

定冷冻设备花费的准确费用，还有其它因素需要考虑，即：①产品损害；②卫生；③安全；④

能源回收，以及冷冻设备作为工艺线的一部分。冷冻技术包括机械式冻结法（如风冷、平板、

螺旋、涡轮、浸入式、带式流态化冻结）和低温液体冻结法。机械式冻结法广为使用，而且也

为商用很久了。低温液体冻结法，其温度远远低于机械式冷冻，虽然引入年限相对机械式冷冻

法晚，但是低温液体冻结法凭借自身众多优势而在工业上有着绝对的地位。

一、低温液体冷冻装置

一种食品，温度下降速度越快，形成的冰晶就会越小，造成的损伤也就会越小。低温液体

冷冻相对来说产生的冰晶小一些，与机械式冷冻设备的根本差异在于，低温液体冷冻设备不与

制冷设备连接，其热交换依赖的是液氮或CO2。

将食物放于烤盘上，再将其放入箱内，设定好程序，固体二氧化碳或液氮在大容量风机的

作田下喷雾到箱内，箱内温度快速下降到冻结点以下。食品表皮也因此快速冻结，就好比用一

个冷冻的覆盖物封存了食品，降低了水分的丧失，保留食品的风味。对于较大或连续性生产的

食品，可以采用冷冻隧道，这就适合于面团、蛋糕、曲奇、派、卷等，这些烘焙类的产品直接

放在移动的输送带上，然后再经过低温液体喷雾和一连串的风机实现快速降温。

低温浸入式风机适合一些可以直接放入冷冻剂里（液氮、二氧化碳）的产品。

浸入式冷冻能够快速降低产品温度，但是不适合体积大的产品，这些产品有太多热能需要

散失，这个是工业上实现最快降温的方法。它可以有一195c极低液氨温度，浸入时间是可调

整的。这个方法可以用于草莓、切丁或切片水果等。然而，在烘焙里比较受限制。

二、机械式冷冻装置

在需要长时间冷冻或冷冻时间不固定的情况下，低温液氮或液体二氧化碳不容易获得，而

应用空气冷冻的机械式冷冻装置在这方面有很多优势，为大家广泛接受。它由隔热外壳、压缩

机、蒸发器和冷却器组成。当然它也有缺点，如高的初始投资成本、食品失水高、需要不断除

霜,一般制冷系统的工作原理是液体转变为气体或水蒸气，吸收热量，达到将周围任何物体降

温的目的。

三、鼓风式冷冻装置

空气高速吹过产品，增加热交换。可以是间歇式或连续式。在间歇式里，人工装.上产品，

速冻完成后，再人工将产品从冷冻装置里拿出来。而在连续式里，产品在烤盘里或输送带上移

动，螺旋式速冻塔可以实现在小的空间里完成速冻。

风冷式冷冻系统适合于密度高或者体积大的带包装产品，如鸡肉、果汁罐头。水分的丧失

是个问题。空气速度对于冷冻速率有直接影响。一般高速带来的是最有效的冷冻。低速对于一

些食品，比如烘焙产品，是必要的。因为有个比较低的速度，防止杀死酵母，还是非常有必要

的，

四、流床化冷冻系统

产品输送至冷冻系统，高速空气垂直吹向产品，使产品流化。悬浮的食品颗粒热交换速率

高，停留时间也会很短。大多数水果和蔬菜可以在3~5min内冷冻。

该系统仅适用于一些小体积的食品，比如蓝寿、草菊、豌豆等。用此系统来速冻一些大体

积的食品因其需要较高的能量而不可取。

五、接触式冷冻装置一平板冷冻装置

产品直接接触有着冷冻温度的平板材料，并且一般受到两块平板的按压。直接接触通过导

热增加热交换。平板内有制冷剂循环制冷，可能是阶段式的也可能是连续性的。每层空间不需

要太大，因为热交换靠的不是空气的流动，而且耗用的能源也会比较小，仅适用于表面平整的

产品。平板冷冻机最常用于鱼的冷冻。

第五节选择最佳制冷系统

大多数适当的制冷系统是投资和操作成本两方面调和的结果，因为许多情形下，最简单的

系统操作起来效率并非最高。在制冷机组进行规划时需要考虑下列关键因素：①系统所要处理

的产品种类：②系统所需处理的产品量；③系统要求的产品输入条件：④加工过程的时间：⑤

要求的输出条件：⑥期望的设备能效；（7）可供产品冷却设备安装的场地面积：⑧制冷机组安装

位置；⑨设备预算；⑩性能参数。

一、系统所要处理的产品种类

在冷藏间或冷冻间，若只是要求将产品温度维持在预定值，那么产品种类并不太重要。但

用于冷却降温等短时加工过程，产品种类与冷冻器和冷却器操作有很大关系，不同的传热行

为，决定制冷机组的制冷量。制冷效率不仅仅与产品热力学性质（密度、比热容、潜热、热导

率、水分含量）有关，产品大小与形状、产品在空气流中的取向，以及包装材料都可能明显增

加冷冻时间。

二、系统所需处理的产品量

产品容积恒定而密度发生变化时，不同级别产品所需的冷冻时间会发生很大变化。制冷机

组的性能参数必须阐明；需要加工的产品质量、物理形状以及包装物的质量和类型，还有运输

设备。系统制冷负荷可根据给定时间要求处理的产品质量计算得到，而不是根据产品容积计

算。

三、系统要求的产品输入条件

输入条件分两类：连续式和间歇式。螺旋和隧道式冷冻机属于连续式冷冻机。

通常，直接来自制备加工区域的产品通过输送机输入这类冷冻机。连续式冷冻机较适用于

只需要短时冷冻的较小产品，也适用于冷冻结束时对外观有要求的产品，产品在冷冻机内所经

过的时间称为滞留时间，不同产品的滞留时间可以通过调节输送带的速度实现。鼓风式和板式

冷冻机为间歇式冷冻机，整个冷冻过程，产品保持在冷冻机内，冷冻过程结束后取出。间歇式

冷冻机适用于大体积，特别是包装后成堆产品的冷冻。

四、加工过程的时间

要在一定时间内使产品中心达到规定的温度，这一时间由产品的大小、形状和物理性质确

定。如果生产能力已经确定，则不论是间歇式（如鼓风式冷冻机）还是连续式（如螺旋式冷冻

机），都只能使体积大冷冻缓慢的产品在冷冻机内滞留足够长的时间。这不仅规定了冷冻机的大

小和投资成本，也规定了制冷机组的大小。

五、要求的输出条件

对于冷冻机，通常必须规定在一定时间内要求达到的产品中心温度。冷冻过程开始的几分

钟内，产品表面的温度会降到与冷冻空气或换热器表面相差几度的温度，因此，冷冻过程不能

用表面温度作指标。通常，冷冻机以产品中心温度-18C作为接受评判标准，尽管这一温度最初

是根据盐和冰混合物的初始冻结点确定的，从而不直接与产品品质有关，但它仍然有一定的合

理性。另外，系统指标也可以考虑是否可以采用稍高中心温度，比如可以接受-15C甚至-10℃

的中心温度，则可以大大节省能耗，从而缩短冷冻时间或提高空气温度。将未完成冷冻的产品

置于冷冻室完成冷冻的做法不可取，这对产品品质或效率来说都不利产品必须得到充分冷冻，

这样可以在不使产品表面或包装受到损伤的情形下进行搬运。

六、期望的设备能效

具体规定制冷设备能耗效率实际上比较困难，因为制冷设备的效率往往与蒸发器大小和类

型、设备使用及安装方法等因素有关。但必须重视系统设计者和合同商提出的动力消耗指标，

因为在采购阶段若难以做出动力消耗指标的决定，而到后来再进行修改，花费就比较昂贵。应

当要求每个投标者提供详细的有关蒸发器和冷凝器大小、压缩机预期能耗和附属设备的详细情

况，应当将潜在供应商的资料放在一起进行比较，并且，对于效率较高的机型，还应要求提供

适当的成本内容。系统指标应当包括度量机组能耗的方法。至少，每一大件设备应当有用电的

能耗指标，可能的话，还应当将信息整合到任何图形监控系统中，这样、可使效率分析尽量变

得容易。

七、可供产品冷却设备安装的场地面积

间歇式和连续式这两种类型制冷设备的总体空间要求都要比被冷冻产品的物理尺寸大得

多，对于鼓风式冷冻机，一般的空气冷却器比较大：占地面积约为整个冷冻机的25%,并且还要

为循环于产品与空气冷却器之间的空气流动留出空间。所用的物料输送设备必须与冷却机相

配，对于较小的产品，常将产品装在输送带上的盘子中，但较大的产品通常需要小推车或用铲

车将产品装到小车上。冷冻机内的产品排列必须为拖车的活动留出足够空间，但也必须确保空

气能均匀地通过所有产品。

螺旋冷冻装置通常比隧道式冷冻装置占地面积小，但要比它高。这两种形式的冷冻装置周

围都必须留有足够的空间，以便于维修，包括氨设备蒸发器的除油。隧道式冷冻机长而窄，但

可以通过采用多层形式缩小总体K度。其中的空气流动通常与产品流相错，如果有可能，可以

将隧道分成若干温度区，这样，一些设备可在较高蒸发温度下运行。另一种方式是，如果空气

流动与隧道长度方向平行，那么，可以获得较大的温度升高，这样可以降低空气用量，从而可

以大大节省风机能耗。然而，这种情形下，蒸发温度要根据空气循环最冷部分需要的温度确

定，

八、制冷机组安装位置

对于通常小于10kw的较小冷冻机，制冷设备可与冷冻机构建成一个单元。如果该单元为

风冷式，那么，室内冷却系统的热负荷约为冷却容量的2倍。而对于与建筑相连的水冷式单

元，可以使用冷却水或甘油系统。一个冷凝单元的最大热负荷约为20kW;压缩机与冷凝器构成

机组可装在室外，或装在天花板上方。对于较大的冷冻机，一般用远程式制冷系统，并且安装

在专门制冷机房内。制冷机尽量靠近冷冻机以缩短连接管路，可以降低制冷机组投资成本和运

行成本。在工厂建筑设计阶段，应当注意制冷机组的平面布置。大型机组一般用泵送循环方

式，因此，管路设计时必须注意使泵送容器靠近冷冻机，并应当以干式管路将制冷剂回送到安

装有压缩机、冷凝器和管路附属设备的机房内，因此，为了确保正确操作，必须注意系统的整

体设计。

九、设备预算

项目小组应对设备价格有一个估计，通常要对设备功能进行分类，并分别估计不同功能设

备的购置和安装成本。

十、性能参数

性能参数必须清楚地描述设备预期能达到的指标，必须给出产量和产品类型范围，可能的

话，要给出机组运行变化程度。性能参数还必须规定操作环境指标。包括环境的最高和最低温

度以及湿度：应当规定部分操作的设备负荷，因为有可能要去附加设施，而这些附加设施可能

会对系统效率有很大影响。例如，为一分从星期一早晨到星期五晚上连续运行的螺旋冷冻装置

提供制冷量的系统，也要为附近冷库供冷。该系统必须能够在冷冻机不运行时为冷库提供冷

量，否则就应当用其它方式，在冷冻机停机时为冷库供冷。

第六节冷库

一、冷库的隔热与防潮

冷库隔热、防潮结构，是指冷库外部围护结构的建筑部分和隔热、防潮层的组合。冷库建

筑按其功能、容量大小、冉然条件和投资等因素不同，其隔热防潮结构分多层（传统土建式冷

库）和单层（装配式冷库）两大类。

冷库隔热防潮结构的基本要求：①隔热层有足够的厚度和连续性；②隔热层应有良好的防

潮和隔热性能：③隔热层与围护结构应牢固地结合；④隔热防潮结构应防止受虫、鼠类侵害并

符合消防要求。

传统的单层、多层冷库隔热防潮层应有良好的连续性，即冷库外墙内壁隔热层与库顶、地

面或多层冷库地板的隔热层连成一体，防止产生“冷桥”。冷桥在构造上破坏了隔热层和隔汽

层的完整性与严密性，容易使隔热材料受潮失效。为了防止隔热层受潮，应将防潮层做在隔热

层的高温侧，以有效阻止水蒸气由高温侧向低温侧渗透。冷库底层或单层库地坪，应铺设防潮

和防水层，并保证其与墙体底部的防潮层相连接，以避免相接处水蒸气的渗透。

冷库常用隔热材料，传统冷库多用软木板、聚氨酯泡沫塑料及聚苯乙烯泡沫塑料等，今年

新型冷库已较广泛使用硬质聚筑酯泡沫塑料、聚乙烯发泡体、泡沫玻璃及挤压型聚聚乙烯泡沫

塑料等。其隔热性能主要取决于隔热材料的性能和“老化”，同时还取决于使用过程隔热结构

的抗湿性和隔热材料的吸湿性、当冷库隔热结构受潮或隔热材料吸湿后，其隔热热阻会降低，

引起隔热层的霉烂和角解，建筑材料的锈蚀和腐朽，一旦水在隔热层内结冰又会破坏隔热结

构，严重的将导致库体变形，甚至使整个冷库建筑报废。因此，冷库维护结构防潮、防止隔热

材料受湿而采用隔绝水蒸气的渗入是非常重要的。

冷库用隔汽防潮材料要求水蒸气渗透系数低，并有足够的黏结性，能牢固地黏合在隔热结

构上。在冷库工程中常用的隔汽防潮材料，有沥青隔汽防潮材料和聚乙烯或聚氯乙烯薄膜隔汽

防潮材料两大类。

制冷设备和管道隔热的目的是减少冷量损失和回气过热，同时也为了防止备和管路表面凝

露、结霜。在冷库制冷工程中，某些设备和管道的常用隔热方法，是在其外表面覆盖一层隔热

材料，并以适当的构造和形式构成隔热结构。合理的隔热结构，可以获得良好的隔热效果、减

少冷量损失。

二、冷库热负荷的计算

热负荷计算分为五个部分：维护结构热流量;货物热流量;换气热流量;电动机运转热流量4;

操作热流量,包括库内照明用电、操作工人等所散发的热量以及开门损失的热量等。

L冷问冷却设备负荷的计算

2.冷间机械负荷的计算

3.各个冷间热负荷的计算

三、冷库冷负荷的估算方法

在某些情况下，食品冷加工或冷藏冷负荷是经常变化的，有的则无法计算，此时，可进行

估算冷负荷。总的冷负荷可分为两部分：其一，通过维护结构散失的冷量，可按前面所讲的方

法计算；其二，运行冷负荷，按式（2-11）计算。

四、冷库容量计算

冷臧间或冷冻间的容量决定于：①冷臧间或冷冻间的生产能力；②货物堆放形式：③贮藏

时间。

冷库的冷却物冷藏间和冻结物冷藏间的容量总和，称为该冷库的总容量。冷藏库的容量有

三种表示方法。

（1）公称体积。为冷藏间或贮冰间的净面积（不扣除柱、门斗）乘以房间净高而得；

（2）冷库贮藏吨位。冷却物冷藏间、冻结物冷藏间及贮冰间的容量（贮藏吨位）可按式（2-

⑵计算:

（3）冷库实际吨位，按式：2-13）实际堆货的情况计算而得。

序号食品类别密度/(kg/m3)公称体积/标空间利用系数

1冻肉400500^10000.4

2冻鱼470100T20000.5

3鲜蛋260200T100000.55

4鲜蔬菜2301000广150000.6

5鲜水果230>150000.62

6冰蛋600

7其它按实际密度采用

以上三种表示方法中，公称体积是较为科学的描述，与国际接轨的方法；计算冷库贮藏吨

位是国内常见的方法；冷库实际吨位是具体贮藏的计算方法。常见食品密度及冷库空间利用系

数见表2-5o

第七节冷链的概念和组成

一、食品冷链的概念

冷链是在20世纪随着科学技术的进步、制冷技术的发展而建立起来的一项系统工程。它是

建立在食品冷冻工艺学的基础上，以制冷技术为手段，使易腐农产品从生产者到消费者之间的

所有环节，即从原料(采收、捕捞、收购等)、生产、加工、运输、贮藏、销售流通的整个过

程中，始终保持合适的低温条件，以保证食品的质量，减少损耗。这种连续的低温环节称为冷

链，因此冷链建设要求把所涉及的生产、运输、销售、经济和技术性等因素集中起来考虑，协

调相互间的关系，以确保易腐农产品、食品的加工、运输和销售。

二、食品冷链的组成

食品冷链主要包括原料前处理环节，预冷环节，速冻环节，陈级环节，流动运输环节，销

售分配环节等。

(1)食品冷加工阶段，包括原料前处理，预冷和速冻环节，可以称之为冷链的一前端环节~,

包括肉类，鱼类的冷却与冻结，果蔬的预冷与速冻，各种冷冻食品的加工等，主要沙及冷却与

练结(速冻)装置。

(2)冻藏阶段。主要是冷却物的贮藏和冻结物的冷藏，这是冷链的“中国环节”，主要涉及

各类冷藏库、冷酸冷冻柜、各种冰箱等设备。

(3)冷链运输阶段，贯穿于整个冷链的各个阶段，包括食品的中，长途运输及短途送货等，

主要涉及铁路冷藏车、冷藏汽车、汽车船、冷藏集装箱等低温运输工具。

(4)销售与分配阶段，是冷链的“末端环节”，包括冷藏、冷冻食品的批发及销售等，超市

中的冷藏陈列柜兼有冷藏和销售的功能，是食品冷链的主要部分之一

三、食品冷链的结构

食品冷链的结构大体如下:

冷链中的各环节都起着非常重要的作用，是不容忽视的。同时，要保证冷链中食品的质

量，对食品本身也有如下要求：①原料及食品应该是完好的，最重要的是新鲜度，如果食品已

开始变质，低温也不可能使其恢复到初始状态；②食品生产、收货与冷冻间隔的时间越短越

好，

四、冷链运输工具

冷链运输是食品冷链中十分重要而又必不可少的一个环节，由冷链运输设备来完成，冷链

运输设备是指本身能产生并维持一定的低温环境，用来运输冷冻食品的设施及装置，包括冷藏

（冻）汽车、铁路冷藏（冻）车、冷藏（冻）船和冷藏（冻）集装箱等。从某种意义上讲，冷

链运输设备是可以移动的小型冷藏（冻）库，下面看重介绍冷藏（冻）汽车。

1.对冷藏（冻）汽车的要求

公路冷藏（冻）汽车具有使用决活、建造投资少、操作管理与调度方便的特点，它是食品

冷旌中重要的、不可缺少的运输工具之一。它既可单独进行易腐食品的短途运输，也可以配合

铁路冷藏（冻）车、水路冷藏（冻）船进行短途转运。

虽然冷藏（冻）汽车可采用不同的制冷方法，但设计时都应考虑如下因素：①车用内应保

持的温度及允许的偏差：②运输过程所需要的最长时间；③历时最长的环境温度；④运输的食

品种类；⑤开门次数。

2、冷藏（冻）汽车的冷负荷

一般来说，食晶在运输前均已在冷冻或冷却装置中降到规定的温度，所以冷成（冻）汽车

无须再为食品消耗制冷量，冷负荷主要由通过隔热层的热渗透及开门时的冷量损失组成。如果

冷藏运输新鲜的果蔬类食品则还要考虑其呼吸热。通过隔热层的传热量与环境温度、汽车行驶

速度、风速和太阳辅射等有关。在停车状态下，太阳辐射是主要的影响因素；在行级状态下,

空气与汽车的相对速度是主要的影响因素。

车体壁面的隔热性好坏，对冷藏（冻）汽车的运行经济性影响很大，要尽力减少热渗透

量。最常用制隔热层的隔热材料是聚苯乙烯泡沫塑料和聚氨酯泡沫塑料，其传热系数小于

o.6w/（m3-K）,具体数值取决于车体及其隔热层的结构。

从热损失的观点来看，车体最好由整块玻璃纤维塑料制成，并用现场发泡的聚氨酯泡沫塑

料隔热，在车体内、外安装气密性护壁板。

由于单位时间内开门的次数及开、关间隔的时间均不相同，所以，开门的冷量损失计算较

困难，一般凭经验确定，其值比壁面热损失大几倍。分配性冷藏（冻）汽车由于开门频繁，冷量

损失较大，而长途冷藏（冻）汽车可不考虑此项损失。若分配性冷藏（冻）汽车每天工作8h,可

按最多开门50次计算。

3.冷藏（冻）汽车的分类

根据制冷方式，冷藏（冻）汽车可分为机械冷藏（冻）汽车、液氮或干冰制冷冷藏（冻）

汽车、蓄冷板冷藏（冻）汽车等多种。这些制冷系统彼此差别很大，选择使用方案时应从食品

种类、运行经济性、可靠性和使用寿命等方面综合考虑。

（1）机械冷藏（冻）汽车。机械冷藏（冻）汽车车内装有蒸汽压缩式制冷机组，采用直接吹

风冷却，车内温度实现自动控制，很适合短、中、长途或特殊冷藏（冻）货物的运输。

机械冷藏（冻）汽车基本结构及制冷系统。该冷藏（冻）汽车属分装机组式，由汽车发动

机通过传动带带动制冷压缩机，通过管路与车顶的冷凝器、车内的蒸发器及有关阀件组成制冷

循环系统，向车内制冷。制冷机的工作和车厢内的温度由驾驶员直接通过控制盒操作。这种由

发动机直接驱动的汽车制冷装置，适用于中、小型冷藏（冻）汽车，其结构比较简单，使用灵

活。由于分装式制冷机组管线长、接头多，在振动条件下容易松动，制冷剂泄漏的可能性大，

设备故障较多，所以对大、中型冷藏（冻）汽车，更适合采用机组式制冷式装置。

机械制冷冷藏（冻）汽车的优点：车内温度比较均匀、稳定，温度可调，运输成本较低。

缺点：结构复杂，易出故障，维修费用高：初投资高；噪声大：大型车的冷却速度慢，时间

长；需要融箱。

（2）液氮或干冰制冷冷藏（冻）汽车。这种制冷方式的制冷剂是一次性使用的，或称消耗性

的，常用的制冷剂包括液氮、干冰等。液氮冷藏（冻）汽车，主要由隔热车厢、液氮罐、喷嘴

及温度控制器组成。其制冷原理主要是利用液氮汽化吸热，使液氮从-196C汽化并升温到-20C

左右，吸收车席内的热量，实现制冷并达到给定的低温。

液氨冷藏（冻）汽车装好货物后，通过控制器设定车厢内要保持的温度，而感温器则把测

得的实际温度传回温度控制器。当实际温度高于设定温度时，则自动打开液氮管道上的电磁

阀，液氮从喷嘴喷出降温；当实际温度降到设定温度后，电磁阀自动关闭。液氨由喷嘴喷出

后，立即吸热汽化，体积膨胀高达600倍，即使货堆密实，没有通风设施，氮气也能进入货堆

内，冷的氮气下沉时，在车贿内形成自然对流，使温度更加均匀。为了防止液氮汽化时引起车

府内压力过高，车随上部装有安全排气阀，有的还装有安全排气门。

液氮制冷时，车闹内的空气被氮气置换，而氮气是一种情性气体，长途运输果蔬类食品

时，可抑制其呼吸作用，延缓其衰老进程。

液氮冷藏（冻）汽车的优点：装置简单，一次性投资少；降温速冻很快，可较好地保持食

品的质量；无噪声；与机械制冷装置比较，重量大大减小。缺点：液氮成本较高：运输途中液

氨补给困难，长途运输时必须装备大的液氨容器，减少了有效载货量。

用于冰制冷时，先使空气与干冰换热，然后借助通风使冷却后的空气在车厢内循环。吸热

升华后的二氧化碳由排气管排出车外。有的干冰冷藏汽车在车厢中装置四壁隔热的干冰容器，

干冰容器中装有R404a盘管，车厢内装备R404a换热器，在车厢内吸热汽化的R404a蒸汽进入

干冰容器中的盘管，被盘管外的干冰冷却，重新凝结为R404a液体后，再进